MATERIALES COMPUESTOS
Un material compuesto
está formado por dos o más componentes y se caracteriza porque las propiedades
del material final son superiores a las que tienen los materiales
constituyentes por separado.
Los materiales
compuestos están formados por dos fases; una continua denominada matriz y otra
dispersa denominada refuerzo. El refuerzo proporciona las propiedades mecánicas
al material compuesto y la matriz la resistencia térmica y ambiental. Matriz y
refuerzo se encuentran separadas por la interfase.
Propiedades de los materiales compuestos
- propiedades de la matriz y del refuerzo.
- contenido de refuerzo.
- orientación del refuerzo.
- método de producción del material compuesto.
Clasificación de materiales compuestos
Estos se clasifican según la forma de sus constituyentes.
- Composites fibrosos.
- Composites particulados.
- Composites estructurales.
Composites fibrosos: el
refuerzo es una fibra, es decir, un material con una relación longitud-diámetro
muy alta. Las fibras pueden ser continuas o discontinuas (estas últimas pueden
ser aleatorias o unidireccionales). Ejemplo: epoxi con fibra de vidrio.
Composites Particulados: el refuerzo son
partículas equiaxiales, es decir, las dimensiones de las partículas son
aproximadamente iguales en todas las direcciones. Ejemplo: caucho
reforzado con negro de humo.
Composites Estructurales: son
materiales constituidos por la combinación de materiales compuestos y
materiales homogéneos. Se clasifican a su vez en materiales laminados
(constituidos por apilamiento de láminas paralelas) o paneles sándwich
(compuestos de núcleo y tapas).
FIBRA DE VIDRIO
Los laminados con PRFV son dimensionados usando los conceptos y expresiones de la teoria de la elasticidad para materiales anisotropicos que presupone la existencia de proporcionalidad entre las tensiones y las deformaciones, lo cual es perfectamente aceptable para el PRFV en condiciones normales de uso. La teoria de la elasticidad es la base del metodo para hacer el dimensionamiento estructural.
Los criterios del calculo establecen que el laminado debe trabajar próximo a su limite de resistencia, con un pequeño coeficiente de seguridad ó con poca solicitación y gran coeficiente de seguridad.
A través de los criterios de calculo, el diseñador establece el valor de tensióno elongación admisibles.
Formula: Características de la fibra de vidrio
Propiedades físicas y químicasLa fibra de vidrio es un material fibroso obtenido al hacer fluir vidrio fundido a través de una pieza de agujeros muy finos (espinerette) y al solidificarse tiene suficiente flexibilidad para ser usado como fibra. Sus principales propiedades son: buen aislamiento térmico, inerte ante ácidos, soporta altas temperaturas. Estas propiedades y el bajo precio de sus materias primas, le han dado popularidad en muchas aplicaciones industriales. FIBRA DE CARBONO
Un compuesto más ligero que el acero, con igual resistencia, inmune a la corrosión, que puede adoptar diversas formas y adaptarse a las necesidades de múltiples sectores.
La fibra de carbono se incluye en el grupo de los materiales compuestos, es decir, aquellos que están hechos a partir de la unión de dos o más componentes, que dan lugar a uno nuevo con propiedades y cualidades superiores, que no son alcanzables por cada uno de los componentes de manera independiente.
En el caso particular de la fibra de carbono, básicamente se combina un tejido de hilos de carbono (refuerzo), el cual aporta flexibilidad y resistencia, con una resina termoestable (matriz), comúnmente de tipo epoxi, que se solidifica gracias a un agente endurecedor y actúa uniendo las fibras, protegiéndolas y transfiriendo la carga por todo el material; por su parte el agente de curado ayuda a convertir la resina en un plástico duro.
Tejido de carbono (refuerzo)
El tejido de fibras de carbono procede de una mezcla de polímeros, el más utilizado es el PAN (poliacrilonitrilo) que por ser la materia prima se llama precursor y que normalmente se combina con otros polímeros: metil acrilato, metil metacrilato, vinil acetato y cloruro de vinilo, todos derivados del petróleo, que es carbono1 concentrado, proveniente de
restos de materia orgánica (fósiles).
En particular, el PAN es una fibra de plástico formada por largas cadenas de moléculas de carbono, oxigeno, nitrógeno e hidrógeno en forma de escalera. Cuando se calienta el PAN en correctas condiciones de temperatura, las cadenas de moléculas de carbono se juntan mientras los demás elementos se separan, los átomos de carbono del polímero cambian de distribución y forma una estructura estable de anillos fuertemente unidos que soportan los unos a los otros.
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Resina epoxi (matriz)
El segundo componente básico de la fibra de carbono es la resina, una clase de polímero termoestable, es decir, que se endurece cuando se mezcla con un agente catalizador y no se puede volver a fundir al calentarla. La más utilizada es la resina epoxi, el diglicidileter de bisfenol A (DGEBA), cuya dureza supera a la de otras como las de poliéster y viniléster, por ello puede desempeñarse a temperaturas muy altas, más de 180ºC, tiene buena adherencia a muchos sustratos, baja concentración durante la polimerización y es especialmente resistente a los ataques de la corrosión y agentes químicos.
Los sistemas de resinas comerciales son a menudo una mezcla compleja de resinas, agentes de curado, catalizadores/aceleradores, modificadores termoplásticos y otros aditivos, generalmente, en una proporción de aproximadamente 80 por ciento resina y 20 por ciento de catalizadores o aceleradores. De este modo éstas pueden ser adaptadas para reunir los requerimientos necesarios de alto rendimiento en cada aplicación.
Propiedades físicas
Cada filamento de carbono es la unión de muchas miles de fibras de
carbono. Un filamento es un fino tubo con un diámetro de
5–8 micrómetros y consiste mayoritariamente en carbono.
La estructura atómica de la fibra de carbono es
similar a la del grafito, consistente en láminas de átomos de carbono
arreglados en un patrón regular hexagonal. La diferencia recae en la manera en
que esas hojas se entrecruzan. El grafito es un
material cristalino en donde las hojas se sitúan paralelamente unas a
otras de manera regular.
Propiedades Químicas
Las uniones químicas entre las hojas es relativamente débil, dándoles al
grafito su blandura y brillo característicos. La fibra de carbono es un
material amorfo: las hojas de átomos de carbono están azarosamente
foliadas, o apretadas, juntas. Esto integra a las hojas, previniendo su
corrimiento entre capas e incrementando grandemente su resistencia.
La densidad de la fibra de carbono es
de 1.750 kg/m3. Es conductor eléctrico y de baja conductividad
térmica. Al calentarse, un filamento de carbono se hace más grueso y corto.
Naturalmente las fibras de carbono son negras,
pero recientemente hay disponible fibra coloreada.
Su densidad lineal (masa por unidad de longitud,
con la unidad
1 tex = 1 g/1000 m) o por el número de
filamentos por yarda, en miles.
Bibliográfia
http://www.tratar.com.co/descargas/acero.pdf
http://caribecomercio.es/app/download/5777708187/Acerca+de+Maderas.pdf
http://www.masmitja.es/madera/madera.PDF
http://materias.fi.uba.ar/6716/Dureza.pdf
http://juliocorrea.files.wordpress.com/2007/09/ensayos-de-dureza.pdf
http://190.105.160.51/~material/materiales/presentaciones/ApunteDureza.pdf
http://agora.escoladeltreball.org/Members/fvences/materials/ud1_propietats-dels-materials/resistencia/Diagrama%20esfuerzo-deformacion.pdf
http://www.fiberglasscolombia.com/imagenes/notas1/NOTA%20TECNICA%20CONFORT%20ACUSTICO...%20Y%20EL%20MITO%20DE%20LA%20DENSIDAD.pdf
http://www.metalactual.com/revista/11/materialescarbono.pdf
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